Каталитические процессы

две основные группы:
- гомогенные
- гетерогенные.

Гетерогенно– Каталитические процессы

Катализом называют изменение скорости химических реакций в результате воздействия веществ — катализаторов, которые участвуют в реакции, вступая в промежуточное химическое взаимодействие с реагентами, но восстанавливают свой химический состав по окончании каталитического акта.

реагентами и катализатором делят на окислительно-восстановительные и кислотно-основные.
Основные требования к

катализаторам
Активность катализатора — это мера ускоряющего действия его на данную реакцию. Наиболее часто активность выражают разностью или соотношением скоростей каталитической и некаталитической реакций, степенью превращения исходного реагента или выходом целевого продукта при определенном технологическом режиме. Иногда активность представляют соотношением констант скоростей каталитической и некаталитической реакций или отношением энергий активации.
Избирательность (селективность) действия катализаторов важна для большинства каталитических процессов органической технологии, в которых термодинамически возможен ряд параллельных и последовательных реакций. Избирательность некоторых катализаторов позволяет сильно ускорять только одну реакцию из ряда возможных, проводить процесс при такой температуре, при которой подавляются другие реакции.

начинает идти с достаточной для практических целей скоростью.
Термостойкость катализаторов

определяет возможность стабильной работы при высоких температурах.
Стойкость катализатора к действию контактных ядов — важнейшая характеристика, определяющая возможность отравления катализатора.
Отравление катализатора — это частичная или полная потеря активности под действием небольшого количества веществ, называемых контактными ядами.
Теплопроводность катализатора является важной характеристикой, т.к. способствует выравниванию температуры в слое контактной массы. Прочность зерен катализатора. Данное свойство должно обеспечивать эксплуатацию катализатора в течение длительного времени.
пористая структура катализатора. Важным свойством катализатора является пористая структура, которая характеризуется размерами и формой пор, пористостью (отношением свободного объема пор к общему объему), удельной поверхностью катализатора.
Стоимость катализатора – определяющий фактор при его эксплуатации.

превращения его необходимо представить как результат суперпозиции нескольких элементарных процессов:

Диффузия реагента из объёма к поверхности катализатора (массоперенос).

Адсорбция реагента на поверхности катализатора.

Разрыв связей адсорбированных молекул. Химическое превращение реагента в продукт на поверхности катализатора.

Десорбция продукта с поверхности катализатора. Диффузия продукта от поверхности катализатора в объём (массоперенос).

Создание новых связей, формирование адсорбированных молекул продукта.

случай гетерогенных ХТП в зависимости от технологических условий могут протекать

в диффузионных и кинетических областях.

В присутствии катализатора К бимолекулярная гомогенная реакция
А + В = С + …
протекает по следующей схеме:
1) образование промежуточного соединения АК
А + К = АК;
2) образование активированного комплекса
АК + В = (АВ')К;
3) образование конечных продуктов и регенерация катализатора
(АВ')К = К + С + … .
Если переход от активированного комплекса в отсутствие катализатора к активированному комплексу, возникающему в ходе каталитического процесса, является экзотермическим, т. е.
АВ' + К = (АВ')К, Н < 0,

хемосорбция
2 – активированная адсорбция
Кинетика Гетерогенно–КаталитическиХ процессОВ
Микрокинетика
В системе адсорбент – адсорбат

могут протекать либо процесс физической адсорбции либо хемосорбция, которые обусловлены силой (энергией) связи между ними.

процессОВ
Молекулярная адсорбция удерживает на поверхности адсорбент за

счет физических сил между адсорбентом и адсорбатом. Энергия физической адсорбции не превышает 40 кДж/моль и молекула адсорбата слабо удерживается адсорбентом, сохраняя при этом свою индивидуальность

адсорбция
Активированная адсорбция – адсорбция, которая характеризуется наличием химического

взаимодействия между адсорбентом и адсорбатом. Энергия связи – свыше 80 кДж/моль. Под воздействием поверхности адсорбента (катализатора) – активного центра – в молекуле газа-адсорбата происходят некоторые изменения, в частности, меняется геометрия молекулы, увеличивается длина связей между атомами, изменяются углы. Молекула ещё сохраняет свою индивидуальность, но за счет изменения геометрии меняются её свойства и она становится реакционоспособной.

Хемосорбция – образование прочных химических связей между поверхностью

адсорбента и адсорбатом. Энергия связи – свыше 100 кДж/моль.
За счет взаимодействия с поверхностью адсорбента образуются стабильные химические соединения. При этом активность катализатора снижается, т.е. происходит отравление катализатора

как каталитической активности единицы поверхности, так и самой удельной поверхности.

Повышение активности единицы поверхности достигается путем правильного выбора состава катализаторов или, как их часто называют, контактных масс.

Контактные массы обычно не являются индивидуальными веществами, а представляют смесь собственно каталитически активных соединений с активаторами, тем или иным способом нанесенную на, носители.
Активаторы, или промоторы — это вещества, повышающие активность основного вещества-катализатора. При этом сами активаторы могут не обладать каталитическими свойствами.
Носители (трегеры) — инертные вещества, на которые наносят каталитически активные соединения или промоторы. Как правило, это пористые вещества с достаточно высокой термостойкостью.

их солей с последующим формованием и термообработкой контактной массы

(осажденные катализаторы).
Смешение порошкообразных каталитически активных веществ, промоторов, носителей и связующих с последующим прессованием и термообработкой (смешанные катализаторы).
Сплавление нескольких оксидов с последующим восстановлением металлов из оксидов (плавленые катализаторы). Иногда после сплавления одно из веществ удаляют путем выщелачивания (скелетные катализаторы).
Пропитка пористого носителя раствором, содержащим соли активных элементов, с их последующей сушкой и термообработкой (нанесенные катализаторы).

Катализаторы выпускают в виде таблеток, колец, шариков, цилиндрических гранул, сеток и др.

для процессов: риформинга, изомеризации, гидрокрекинга, гидрирования, гидродеалкилирования